CC BY
37ВКВО-2019 Нанофотоника
ДИПОЛЬНОЕ ПРИБЛИЖЕНИЕ И ФУРЬЕ МОДАЛЬНЫЙ МЕТОД ДЛЯ ОПИСАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РЕШЁТОК НАНОЧАСТИЦ
1 1 1 * Фрадкин И.М. , Дьяков С.А. , Гиппиус Н.А.
1 Сколковский институт науки и технологий, Большой бульвар, 30, Москва, 121205, Россия 2 Московский физико-технический институт, Институтский пер,9, Долгопрудный, 141701, Россия
* E-mail: n.gippius@skolytech.ru
DOI 10.24411/2308-6920-2019-16146
Периодические фотонные структуры являются одним из наиболее важных структурных элементов в современной фотонике, поскольку они формируют основу для множества оптических устройств. Модальный метод Фурье (FMM) (или метод матрицы рассеяния) является очень эффективным инструментом для изучения оптических свойств многослойных вертикально-инвариантных периодических структур. Однако он не справляется с массивами мелких частиц из-за высоких градиентов их локальных полей: для достижения точных результатов требуется большое количество гармоник Фурье. В этой работе [1] представлена реализация дискретного дипольного приближения (DDA) для построения матриц рассеяния для массивов резонансных наночастиц. Такой подход сильно ускоряет вычисления и, следовательно, дает возможность для тщательного рассмотрения различных слоистых структур с небольшими периодическими включениями в рамках метода матрицы рассеяния. Мы демонстрируем эффективность предложенного подхода, рассматривая плазмонные решетки, встроенные в однородную среду, а также размещенные как внутри так и на на поверхности оптического волновода. В этих системах наблюдаются как локализованные поверхностные плазмонные резонансы, так и плазмонные резонансы, обусловленные наличием решетки, а также происходит их гибридизация с фотонными модами. Высокая точность и быстрая сходимость нашего подхода демонстрируются сравнением с методом конечных элементов (FEM) и методом матрицы рассеяния.
0.3
0.25----
о; s J зс X
s
0.2
0.15
ID
0.1
0.05
Рис. 1. Рассчитанная экстинкция решетки наночастиц (изображённой на вставке слева) для луча света падающего по нормали к плоскости решётки. Результаты численных расчётов различными методами показаны в зависимости от числа учитываемых в расчёте пространственных гармоник (N) Предложенный нами подход с использованием дискретного дипольного приближения (FMM+DDA) сходится существенно быстрее, чем Фурье модальный метод, даже с использованием адаптивных
координатных сеток (FMM+ASR)
Литература
1. Fradkin I.M., Dyakov S.A., and Gippius N.A, Phys. Rev. B, 99(7), 075310 (2019)
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru
283
